(57)【要約】【課題】半導体製造工程、特に、プラズマ処理工程において、部材自体の抵抗率が変動することを抑制することができ、これにより、ウエハ処理の均一化を図ることができ、かつ、被処理ウエハ等に対する不純物汚染源とならないシリコン部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】真性抵抗率が１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下の１３族原子がドープされたＰ型シリコン単結晶を、３００℃以上５００℃以下でアニール処理することによりＰ／Ｎ反転させて、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であるシリコン部材を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１３族原子がドープされたシリコン単結晶からなり、アニール処理による酸素ドナーの形成によりＰ／Ｎ反転したものであって、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とするシリコン部材。
【請求項２】
酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上２．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１記載のシリコン部材。
【請求項３】
真性抵抗率が１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下の１３族原子がドープされたＰ型シリコン単結晶を、３００℃以上５００℃以下でアニール処理することにより、Ｐ／Ｎ反転させることを特徴とするシリコン部材の製造方法。
【請求項４】
前記Ｐ型シリコン単結晶にドープされた１３族原子の濃度が、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項３記載のシリコン部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造におけるプラズマエッチング処理や熱処理等に好適に用いることができるシリコン部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、シリコンウエハ上に回路パターンを形成するプロセスにおいて、例えば、図１に示すようなプラズマエッチング装置が用いられており、高周波電界でプラズマを生じさせることにより、ウエハ上の酸化膜や窒化膜等のエッチング処理が施されている。
【０００３】
図１に示すプラズマエッチング装置１においては、ウエハ２を下部電極３上に載置し、シャワープレート（上部電極）４のガス噴出口４ａから系内に反応ガス５を供給するとともに、高周波電圧を印加してプラズマを発生させて、ウエハ２表面のエッチング処理を行う。
ここで、ウエハ２のエッチング処理を均一に行うためには、ウエハの被処理面全面に均等に電界を広げる必要があることから、ウエハ２周辺にフォーカスリング６が設けられている。
【０００４】
前記フォーカスリング６は、系内の電界を一定に保つため、一定の抵抗値が規格として定められており、また、電界の制御容易性、不純物汚染等の観点から、通常、被処理ウエハと同じ性質の材料、すなわち、Ｐ型シリコン材が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−７６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記フォーカスリング等のＰ型シリコン部材は、被処理ウエハとともにプラズマ環境下に曝されるため、プラズマやそれに伴う熱の影響により、Ｐ型シリコン中のホウ素等のドーパントをアクセプタとして、系内の酸素がドナー化することとなる。
このドナー化した酸素は、プラズマエッチング処理を繰り返していくにつれて徐々に増加し、シリコン部材中の酸素ドナー濃度が上昇し、これに伴い、該シリコン部材の抵抗率が無限大にまで増大する。
そして、酸素ドナー濃度がアクセプタ濃度を超えると、Ｐ／Ｎ反転が生じ、逆にＮ型としての挙動を示し、抵抗率が減少していく現象が起きる。
上記のようなシリコン部材の抵抗率の変化は、プロセス中において、しばしば起きており、系内の電界の消失、変動を生じ、ウエハ処理が不均一となり、さらには、デバイスの歩留低下の原因となることから好ましくない。
【０００６】
上記のような課題に対しては、プロセス中にＰ／Ｎ反転が起きてしまうような部材を用いなければよく、したがって、Ｐ型シリコンではなく、初めからヒ素やリンがドープされているＮ型シリコンからなるシリコン部材を用いることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、シリコン部材は、プロセス中、被処理ウエハとともにエッチングされ、しかも、被処理ウエハは順次交換されるが、シリコン部材はそれに比べて、交換頻度が低いため、長時間プラズマ環境下に曝され、エッチング量はより多くなる。
このため、Ｎ型シリコンのドーパントであるリンやヒ素等が、Ｐ型シリコン単結晶からなる被処理ウエハに対して、不純物汚染源となることが懸念される。
【０００８】
また、近年、デバイスの複雑化、高性能化に伴い、ウエハに形成される回路パターンが微細化し、より幅が狭いパターンで、深くシャープにエッチングすることが求められていることから、場合によっては、ケミカルエッチングに加えて、スパッタリングも利用して回路形成が行われている。
このスパッタリングにおいても、Ｎ型シリコン部材を用いた場合には、Ｎ型シリコンのドーパントであるリンやヒ素等がはじき出されて、Ｐ型シリコン単結晶からなる被処理ウエハに対する不純物汚染源となる可能性が大きいと考えられる。
【０００９】
さらに、シリコン単結晶を原料融液から引き上げて製造する際、Ｎ型シリコンのドーパントは、Ｐ型ドーパントに比べて分配係数が小さいため、Ｎ型シリコン単結晶は製造効率が劣り、製造コストが高く、これに伴い、Ｎ型シリコン部材自体の製造コストも高くなるという問題もあった。
【００１０】
したがって、Ｎ型シリコン部材を用いずに、プラズマ環境下において、シリコン部材の抵抗率が変化することなく、長時間の繰り返し使用が可能であり、かつ、被処理ウエハに対する不純物汚染等の悪影響を及ぼすことのないシリコン部材が望まれる。
【００１１】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、半導体製造工程、特に、プラズマ処理工程において、部材自体の抵抗率が変動することを抑制することができ、これにより、ウエハ処理の均一化を図ることができ、かつ、被処理ウエハ等に対する不純物汚染源とならないシリコン部材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るシリコン部材は、１３族原子がドープされたシリコン単結晶からなり、アニール処理による酸素ドナーの形成によりＰ／Ｎ反転したものであって、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
上記のようなシリコン部材は、プラズマ環境下あるいは４００〜５００℃程度の熱環境下等に曝されても、既にＰ／Ｎ反転しているため、抵抗率の変動が抑制され、半導体製造装置等の系内の電界の消失、変動によって、ウエハ処理が不均一となることを防止することができ、さらには、デバイスの歩留の向上にも寄与し得るものである。
なお、シリコン単結晶に１３族原子がドープされていることは、例えば、２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）によるドーパントの定性・定量により確認することができる。
また、Ｐ／Ｎ反転したものとは、上記のようにして、１３族原子がドープされていることが確認されたシリコン単結晶であって、半導体の導電型を判定する方法として一般に用いられる熱起電力法（加熱プローブ式）または点接触電流法によりＮ型であると判定されたものを言う。
【００１３】
前記シリコン部材は、酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上２．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
ここで、本発明でいう酸素濃度は、ｏｌｄＡＳＴＭ標準による値として示したものである。
上記のようなアニール処理によりＰ／Ｎ反転させたシリコン部材を得るためには、酸素濃度は高い方が、Ｐ／Ｎ反転しやすく、アニール処理時間を短くすることができるため好ましいが、半導体製造装置用部材としての実用上の観点からは、上記範囲内の酸素濃度であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るシリコン部材の製造方法は、真性抵抗率が１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下の１３族原子がドープされたＰ型シリコン単結晶を、３００℃以上５００℃以下でアニール処理することにより、Ｐ／Ｎ反転させることを特徴とする。
上記製造方法においては、通常のＰ型シリコン単結晶を用いて、３００℃以上５００℃以下での低温アニール処理を施すことにより、所定濃度の酸素ドナーを含有する状態として、Ｐ／Ｎ反転させたシリコン部材を容易に得ることができる。
【００１５】
上記製造方法においては、前記Ｐ型シリコン単結晶の真性抵抗率を制御容易とする観点から、ドープされた１３族原子の濃度は、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述のとおり、本発明に係るシリコン部材によれば、プラズマ環境下や４００〜５００℃程度の低温による熱処理環境下において、部材自体の抵抗率の変動が抑制される。
したがって、本発明に係るシリコン部材は、半導体製造工程において、ウエハ処理の均一化を図ることができ、しかも、１３族原子がドープされたＰ型シリコン材を用いることにより、被処理ウエハ等に対する不純物汚染源となることがないため、半導体製造装置用部材、特に、プラズマ処理用、熱処理用部材として好適に用いることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、通常用いられるＰ型シリコンから、比較的容易に、上記のような優れた特徴を有する本発明に係るシリコン部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るシリコン部材は、１３族原子（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｉ）がドープされたシリコン単結晶、すなわち、ホウ素、ガリウム等がドープされた通常のＰ型シリコン単結晶により構成され、アニール処理による酸素ドナーの形成によりＰ／Ｎ反転したものである。そして、該部材の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴としている。
このように、抵抗率を０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下とすることによって、プラズマ処理装置内の電界を一定に保つことができる。
なお、上記抵抗率は、ＪＩＳ Ｈ０６０２（１９９５）の規格における４探針法に基づく測定値である。
【００１８】
Ｐ型シリコン単結晶は、４００〜５００℃程度の低温での熱環境下において、上述したように、シリコン部材中の酸素ドナー濃度が上昇し、これに伴い、該シリコン部材の抵抗率が無限大にまで増大し、さらに、酸素ドナー濃度がアクセプタ濃度を超えると、Ｐ／Ｎ反転が生じ、逆にＮ型としての挙動を示し、抵抗率が減少していくという現象を生じる。
実際のプロセス中において生じている上記のような現象に基づいて、本発明においては、予めＰ／Ｎ反転させた１３族原子がドープされたシリコン単結晶を半導体製造装置、特に、プラズマドライエッチング装置等のプラズマ処理装置に適用しようとするものである。
【００１９】
すなわち、本発明に係るシリコン部材は、１３族原子がドープされた通常のＰ型シリコン単結晶を用い、予めアニール処理により酸素ドナーを形成してＰ／Ｎ反転させたものである。
したがって、本発明に係るシリコン部材は、従来のＰ型シリコン部材と同様に、例えば、プラズマエッチング処理用部材として用いた場合、プラズマ環境下あるいは４００〜５００℃程度の熱環境下等に曝されても、既にＰ／Ｎ反転しているため、抵抗率の変動は抑制され、装置系内の電界の消失、変動によって、ウエハ処理が不均一となることを防止することができ、さらには、デバイスの歩留の向上にも寄与し得るものである。
【００２０】
なお、前記シリコン部材において、シリコン単結晶に１３族原子がドープされていることは、例えば、ＳＩＭＳによるドーパントの定性・定量により確認することができる。
また、前記シリコン部材がＰ／Ｎ反転されているものであることは、上記のようにＳＥＭ等により、１３族原子がドープされていることが確認されたシリコン単結晶であり、かつ、半導体の導電型を判定する方法として一般に用いられる熱起電力法（加熱プローブ式）または点接触電流法によって、Ｎ型であると判定されることにより確認することができる。これらのＰＮ判定法は、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Material）規格においても用いられている試験法である。
【００２１】
また、本発明に係るシリコン部材は、酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上２．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
上記のように、アニール処理によりＰ／Ｎ反転させるためには、酸素濃度は高い方が、よりＰ／Ｎ反転しやすく、アニール処理時間を短くすることができるため好ましい。
酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満では、Ｐ／Ｎ反転後の抵抗率が上記範囲内で一定であるシリコン部材を得ることが困難である。
一方、酸素濃度が２．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3超えるようなシリコン部材を、単結晶の状態で形成することは、実際上困難である。
【００２２】
上記のような本発明に係るシリコン部材は、本発明に係る製造方法、すなわち、真性抵抗率が１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下の１３族原子がドープされたＰ型シリコン単結晶を、３００℃以上５００℃以下でアニール処理してＰ／Ｎ反転させることにより得ることができる。
【００２３】
アニール処理は、通常、ウエハ作製時には、ドナーキラー処理のために、高温アニールを施すのに対して、本発明に係るシリコン部材においては、Ｐ／Ｎ反転を生じさせるために、所定濃度の酸素ドナーを含有する状態としておくことが必要であることから、３００℃以上５００℃以下での低温アニールを施す点が大きく異なる。
前記アニール処理温度が３００℃未満の場合には、Ｐ型シリコン中での酸素ドナーの形成効率が悪く、所望の酸素濃度を得ることは非常に困難である。
一方、前記アニール処理温度が５００℃を超える場合には、高温によりドナーキラーされ、この場合にも、Ｐ型シリコン中での酸素ドナーの形成は困難となる。
前記アニール処理温度は、好ましくは、４００℃以上５００℃以下である。
【００２４】
また、アニール処理前の１３族原子がドープされたＰ型シリコン単結晶には、上述のように、通常のホウ素、ガリウム等がドープされたＰ型シリコンを用いることができるが、その真性抵抗率は、１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
ここで、真性抵抗率とは、シリコン単結晶を６５０℃で３０分間アニール処理した後、空冷して、サーマルドナーを除去した後の抵抗率（ＪＩＳ Ｈ０６０２（１９９５））を意味する。
Ｐ型シリコンの初期抵抗率が上記範囲内であれば、アニール処理により得られるＮ型としての抵抗を示すシリコン部材を、０．１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下の一定の抵抗率となるようにする上で制御しやすい。
【００２５】
前記真性抵抗率が１Ω・ｃｍ未満である場合は、酸素ドナー濃度を増加させた場合であっても、１３族原子がドープされたシリコン単結晶をＰ／Ｎ反転させることによって、上記のようなシリコン部材を得ることは困難である。
一方、前記真性抵抗率が１００Ω・ｃｍを超える場合は、得られるシリコン部材において、補償される抵抗率を一定とすることが困難であり、また、このようなシリコン部材は、プラズマ環境下や低温熱処理環境下において使用される半導体製造装置用部材として、実際上使用されることはない。
【００２６】
また、上記製造方法においては、前記Ｐ型シリコン単結晶にドープされた１３族原子の濃度は、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
通常のＰ型シリコンにおいて、ドーパント濃度を上記範囲内とすることにより、その抵抗率を１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下に制御しやすい。
Ｐ／Ｎ反転させるためのより好ましいドーパント濃度範囲は、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上３×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
【００２７】
上記アニール処理は、例えば、フォーカスリング等のような所望の部材形状とした後に施してもよく、また、まだ所定の部材形状に加工されていない前段階の塊状のシリコンに施してもよい。
なお、前記アニール処理に要する時間は、所望の部材の大きさ、Ｐ型ドーパント濃度、熱処理温度等によって異なり、適宜調整されるが、部材全体を均一な抵抗率とすることが重要であり、そのために十分な時間とする必要がある。
得られるシリコン部材中の位置によって抵抗が異なると、その部分がコンデンサとして作用し、プラズマエッチング装置等の半導体製造装置系内において、電界の均一化を図る上で悪影響を及ぼすことになる。
【００２８】
上記のようにして得られた本発明に係るシリコン部材は、上述したようなプラズマエッチング装置におけるフォーカスリングとして好適に用いることができるが、その用途はこれに限定されるものではなく、プラズマ環境下あるいは熱環境下（好ましくは、プラズマ環境下）で使用される半導体製造装置用部材、その他のプラズマ装置、熱処理装置等にも、好適に用いることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
ホウ素が１．７２×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3ドープされたＰ型シリコン単結晶（真性抵抗率：７．７Ω・ｃｍ、抵抗率１２．１Ω・ｃｍ）を用いて、図１に示すようなフォーカスリング（外径３６０ｍｍ、内径３０２ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の形状に加工した。
その後、これを、アルゴン雰囲気下、４７０℃で１５時間アニール処理してＰ／Ｎ反転させることにより、Ｎ型シリコン単結晶からなるフォーカスリングを作製した。
得られたフォーカスリングの特性を調べたところ、抵抗率は２．７Ω・ｃｍであり、また、酸素濃度は１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】プラズマエッチング装置の一例の概略を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    プラズマエッチング装置
２    ウエハ
３    下部電極
４    シャワープレート（上部電極）
４ａ  ガス噴出口
５    反応ガス
６    フォーカスリング
【図１】
2006245536.tif 000002